基于LPC11c14的勵(lì)磁控制器設(shè)計(jì)

摘 要

基于LPC11c14的勵(lì)磁控制器完成了頻率測(cè)量，機(jī)端電壓，同步移項(xiàng)觸發(fā)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)AD采樣獲得機(jī)端電壓，將機(jī)端電壓與給定的參考值比較，作為控制信號(hào)，經(jīng)PID控制處理，獲得控制電壓Uk，將Uk轉(zhuǎn)換為觸發(fā)角α，通過(guò)等量代換將觸發(fā)角轉(zhuǎn)換為時(shí)間t，通過(guò)定時(shí)器匹配功能，當(dāng)匹配時(shí)間t到，發(fā)出觸發(fā)脈沖，完成可控硅的觸發(fā)。

【關(guān)鍵詞】采樣 測(cè)頻 移項(xiàng)觸發(fā) 可控硅

1 緒論

勵(lì)磁控制器是勵(lì)磁控制裝置的重要組成部分，最主要的作用是通過(guò)勵(lì)磁控制器的調(diào)節(jié)功能，保證機(jī)端電壓在限定范圍內(nèi)變化。本文主要分為兩個(gè)部分，第一部分完成了，電源電路，頻率測(cè)量電路，機(jī)端電壓測(cè)量電路，同步移項(xiàng)觸發(fā)電路的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)使用的器件做了簡(jiǎn)單描述，第二部分完成了，頻率和機(jī)端電壓的采樣處理程序，同步移項(xiàng)觸發(fā)的軟件設(shè)計(jì)?；贚PC11c14勵(lì)磁控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，能基本滿足運(yùn)行需求。

2 硬件設(shè)計(jì)

采用ARM公司的Cortex-M0系列單片機(jī)LPC11c14作為勵(lì)磁控制器的CPU，再設(shè)計(jì)相應(yīng)的外圍電路，包括電源電路、同步頻率測(cè)量電路、機(jī)端電壓采樣電路、同步移相觸發(fā)電路，硬件總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 電源電路

電源硬件電路如圖2所示：勵(lì)磁控制系統(tǒng)的供電電源，采用明偉（mean well）公司生產(chǎn)的AC：100-240V，DC：24v，其中輸入為市電220v，再采用電源模塊DC-DC/K7805-1000L將DC24v轉(zhuǎn)換為DC5v，再采用LM7803完成DC5v-3.3v的轉(zhuǎn)換，3.3v作為CPU LPC11c14的供電電源。電路中加入了適當(dāng)?shù)碾娙荩鹂垢蓴_作用。

2.2 測(cè)頻電路

同步測(cè)頻硬件電路如圖3所示。J1-3 LAC2 接勵(lì)磁電壓輸出正，J1-3 LAC2接勵(lì)磁電壓輸出負(fù)，分別接U12進(jìn)行光電隔離，然后經(jīng)過(guò)濾波整形電路，將正弦波整型為標(biāo)準(zhǔn)方波，將輸出端與CPU的33號(hào)引腳相連。33號(hào)引腳在端口初始化的時(shí)配置成捕獲功能，連續(xù)捕獲到上升沿時(shí)，用于測(cè)得頻率。

2.3 機(jī)端電壓采樣電路

機(jī)端電壓測(cè)量的硬件電路如圖4所示：電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)模擬式電壓變送器WB V413B0，將交流電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為同頻同向的交流電壓信號(hào)。機(jī)端電壓經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)輸出，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。再經(jīng)過(guò)濾波放大電路與CPU的第39引腳相連，該引腳在端口初始化的時(shí)候配置成AD采樣功能。用以對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行采樣。

2.4 同步移相觸發(fā)電路

同步移項(xiàng)觸發(fā)電路如圖5所示：選擇以LPC11c14的兩個(gè)定時(shí)器為核心（34，35引腳）的觸發(fā)方式，將觸發(fā)角α轉(zhuǎn)換為時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到發(fā)出觸發(fā)脈沖，經(jīng)單項(xiàng)半控橋式整流電路完成可控硅的促發(fā)，達(dá)到反饋調(diào)節(jié)的目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 同步信號(hào)捕獲中斷服務(wù)程序

有硬件電路可知將LPC11c14的33號(hào)引腳，在IO初始化的時(shí)候配置為CAP捕獲功能。當(dāng)連續(xù)捕獲到方波的兩個(gè)上升沿或者下降沿時(shí)，之間的時(shí)間差即為我們我們的周期T，再將T轉(zhuǎn)換頻率f，頻率測(cè)量的流程圖，如圖6所示。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序

將測(cè)頻電路作為參考電路，當(dāng)捕獲到上升沿時(shí)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換開(kāi)始對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行采樣，將采樣次數(shù)為64，即需要在一個(gè)周期之內(nèi)采樣64次，每次采樣時(shí)間點(diǎn)為T/64，將匹配寄存器的值修改為采樣時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換完成記錄采樣次數(shù)，達(dá)到64次即完成機(jī)端電壓采樣，再將采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行中位數(shù)濾波處理，最后得到機(jī)端電壓值。如圖7所示。

3.3 同步移相觸發(fā)中斷服務(wù)程序

移相觸發(fā)單元的結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。

勵(lì)磁控制器通過(guò)定時(shí)器（34，35號(hào)引腳）來(lái)實(shí)現(xiàn)同步脈沖的觸發(fā)，給機(jī)端電壓提供一個(gè)參考值，與通過(guò)AD采樣獲得的機(jī)端電壓值，做PID處理，kp=12.00，Ki=800，Kd=10，然后得到一個(gè)控制電壓Uk，然由Uk計(jì)算出晶閘管觸發(fā)角α。觸發(fā)角和控制電壓成余弦關(guān)系，可以表示為：

觸發(fā)過(guò)程如圖9所示：當(dāng)選取的同步信號(hào)方波到來(lái)時(shí)，捕獲到同步點(diǎn)（上升沿時(shí)刻）延遲α觸發(fā)角時(shí)間，通過(guò)設(shè)置34，35號(hào)引腳實(shí)現(xiàn)脈沖g1的產(chǎn)生，g2與g1相差半個(gè)周期。

4 結(jié)論

完成了基于LPC11c14勵(lì)磁控制器的同步測(cè)頻，機(jī)端電壓采樣電路，同步移項(xiàng)促發(fā)電路的硬件設(shè)計(jì)，完成了頻率和機(jī)端電壓的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了可控硅的觸發(fā)。該系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，相應(yīng)速度快，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)，下一步希望將新型的控制理論代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制理論用于實(shí)踐中。

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作者簡(jiǎn)介

周杰（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)。

作者單位

重慶師范大學(xué)涉外商貿(mào)學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院 重慶市 401520endprint